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计算机科学概论论文学 院 计算机科学学院 专 业 自动化 年 级 2010级 姓 名 学 号 教 师 2010年12月05日计算机的发明是20世纪最卓越的成就之一。计算计的广泛应用极大的促进了生产力的发展，它在当今信息化的社会中已经成为必不可少的工具。什么是计算机实际上，计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和储存的系统。一个计算机系统包括硬件和软件两大部分。硬件是由电子的、磁性的、机械的器件组成的物理实体，包括运算器、存储器、控制器、输入设备与输出设备等5个基本组成部分。软件则是程序和有关文档的总称，包括系统软件、应用软件和工具软件三类。计算机硬件简史 第一代商用计算机使用真空管存储信息。它会大量生热，不是非常可靠。使用真空管的机器需要重型空气调节装置以及不断的维修。第一代计算机的主存储器是在读、写臂下旋转的磁鼓。当被访问的存储器单元旋转到读、写臂下时，数据将被写入这个单元或从这个单元读出。输入设备是一台读卡机，可以阅读IBM卡上的孔。输出设备是穿孔卡片或行式打印机。计算机存储器外部的存储设备叫做辅助存储设备。磁带是一种辅助存储设备。输入设备、输出设备和辅助存储设备一起构成了外围设备。第二代晶体管标志着第二代商用计算机的诞生。晶体管比真空管更小、更可靠、更快、寿命更长也更便宜。第二代计算机中还出现了及时存取存储器。访问磁鼓上的信息时，CPU必须等待读、写臂旋转到正确的位置。第二代计算机使用磁芯作为存储器，这是一种微小的环形设备，每个磁芯可以存储一个信息。这些磁芯由电线排成一列，构成存储单元，存储单元组合在一起构成了存储单元。由于设备是静止不动的，而且是用电力访问的，所以能够及时访问信息。磁盘是一种新的辅助存储设备。磁盘比磁带快。第三代计算机的特征是集成电路，一种具有晶体管和其他元件以及它们连线的硅片。集成电路更小、更快、更便宜、更可靠。终端便是在这一代计算机中出现的。键盘使用户可以直接访问计算机，屏幕则可以提供立即响应。大规模集成化是第四代计算机的特征。20世纪70年代早期，一个硅片上可以集成几千个晶体管，而80年代中期，一个硅片则可以容纳整个微型计算机。计算机软件简史第一代程序是用机器语言编写的。所谓机器语言，即内置在计算机电路中的指令。即使是对两个数字求和这样的小任务也要动用3条二进制指令，程序设计员必须记住每种二进制数字的组合表示什么。使用机器语言的程序设计员一定要对数字非常敏感，而且要非常细心。第二代软件出现了汇编语言。第三代软件改进了实用程序，使它们处于操作系统的引导下。实用程序、操作系统和语言翻译程序构成了系统软件。20世纪70年代出现了更好的程序设计技术结构化程序设计方法，一种有逻辑、有规则的程序设计方法。计算机硬件系统下面简单介绍一下硬件系统的5个部分。硬件系统的五个部分中控制器是指挥计算机的各个部件按照指令的功能要求协调工作的部件，是计算机的“神经中枢”。控制器的主要特点是采用内存程序控制方式，即在使用计算机时，必须预先编写（或由编译程序自动生成）由计算机指令组成的的程序并存入内存储器，由控制器依次读取并执行控制器由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、时序控制电路以及微操作控制电路等组成。运算器是对二进制数进行运算的部件。它在控制器的控制下执行程序中的指令，完成各种算术运算、逻辑运算、比较运算、移位运算以及字符运算。运算器由算术、逻辑部件（ALU）、寄存器等组成。存储器是用来存储数据和程序的部件。由于计算机的信息都是以二进制形式表示的，所以必须使用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。根据功能不同，存储器一般可分为内存储器和外存储器两种类型。内存储器（又称为主存储器，又称为内存或主存）用来存放现行程序的指令和数据，具有存取速度快、可直接与运算器及控制器交换信息等特点，但其容量一般不大。外存储器（又称为辅助存储器，简称为外存或辅存）用来存放需要长期保存的信息。其特点是存储容量大、成本低。不能直接和运算器、控制器交换信息，需要时可成批的和内存储器交换信息。外存储器主要有软磁盘、硬磁盘以及光盘等。输入输出设备又称为外部设备，它是外部与计算机交换信息的渠道。输入设备用于输入程序、数据、操作命令、图形、图像以及声音等信息。常用的输入设备有键盘、鼠标器、扫描仪、光笔、数字化仪以及语言输入装置等。输出设备用于显示或打印程序、运算结果、文字、图形、图像等，也可以播放声音。常用的输入设备有显示器、打印机、XY绘图仪以及声音播放装置等。计算机软件系统软件系统包括系统软件、应用软件和工具软件三大类。由于软件的内容非常多，在此只作简单的说明。系统软件是为了对计算机的软硬件资源进行管理、提高计算机系统的使用效率和方便用户的各种通用软件，一般由计算机生产商提供。常用的系统软件有操作系统、程序设计语言翻译系统和实用程序（如驱动程序、连接程序、诊断程序等）。应用软件是专门为某一应用目的而编制的软件系统，常用的应用软件有字处理软件、表处理软件、统计分析软件、数据库管理系统、计算机辅助软件、实时控制与处理软件以及其它应用于国名经济各行的应用程序。工具软件主要包括下载、文件传输协议（FTP）、图像、浏览、截图压缩、防病毒等常用软件。汇编语言汇编语言给每条机器语言指令分配了一个助记忆指令码，程序员可以用这些指令码代替二进制数字。汇编语言中的指令与手持计算器的按钮上显示的指令相似。 因为在计算机上执行的每个程序最终都要被翻译成机器语言的形式，所以一个名为汇编语言的程序将读取每条指令的助记忆码，然后把它翻译成等价的机器语言。因为每种类型的计算机都有自己的机器语言，所以有多少种机器，就有多少种汇编语言和翻译程序。编译器把汇编语言指令翻译成机器码的算法非常简单，因为汇编语言本身就非常简单。所谓简单，指的是每条指令只执行一项基本操作。高级程序设计语言提供的指令集要丰富得多，大大简化了程序员的工作，但由于其中的结构更加抽象，所以翻译过程也要难得多。翻译用高级程序设计语言编写的程序叫做编译器。早期编译器输出的是程序的汇编语言版本，这个版本还要经过汇编器的处理才能得到可执行的机器语言程序。随着计算机科学家更加深入地了解翻译过程，编译器变得更加复杂，汇编语言的阶段通常被省略了。解释器解释器是一种翻译程序，由于解释和执行语句序列。与汇编器和编译器只是输出机器码不同的是，解释器在翻译过语句后会立即执行这个语句。可以把解释器看做编写程序所使用的语言的模拟器和虚拟机。Terry Pratt曾在他关于程序设计语言的经典著作中指出，翻译器和模拟器都接受用高级语言编写的程序作为输入。翻译器只用适合的机器语言生成等价的程序，这个程序再单独运行。而模拟器则直接执行输入的程序。计算机的应用领域计算机的诞生极大地增强了人类认识世界、改造世界的能力，并对社会和生活的各个领域产生了深远的影响，促进了当今社会从工业化到信息化发展的过程。由于计算机具有速度快、精度高、存储容量大、逻辑判断能力强等特点，所以其应用领域非常广泛。从行业的角度看，主要有在制造业、商业、银行与证券业、交通运输业、办公制动化与电子政务、教育、医学、科学研究、艺术与娱乐、以及信息家电等中的应用。计算机在制造业中的应用。制造业是计算机的传统应用领域。在制造业的工厂中使用计算机意味着需要更少的工人来生产、缩短生产周期、降低生产成本、提高企业效益。计算机在制造业中的应用主要有：计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)和计算机集成制造系统(CIMS)等。商业也是计算机应用最为活跃的领域之一，随着计算机技术以及网络技术的发展，又为其注入了新的活力。零售业是计算机在商业中的传统应用。在电子数据交换(EDI)基础上发展起来的电子商务则将从根本上改变企业的供销模式和人们的消费模式。计算机和网络在银行与证券业中的广泛应用，为该领域带来了新的变革和活力，从根本上改变了银行和证券机构的业务处理模式。计算机在交通运输中的应用。当今，无论是航空、铁路、公路和水运都在使用计算机来进行监控、管理或提供业务。交通监控系统、座席预订系统、全球卫星定位系统、地理信息系统以及智能交通系统等就是计算机在交通运输中的典型应用。计算机在办公自动化与电子政务中的应用。在当今信息化的社会中，每时每刻都在生成大量的信息，在大量的信息面前如何管理和利用信息是计算机的重要应用领域。计算机在教育领域的典型应用有校园网、远程教育、计算机辅助教育和计算机教学管理系统等，这些应用加快了教育信息化的进程。计算机在医学中也是必不可少的工具。它可以用于患者病情的诊断与治疗、控制各种数字化的医疗仪器、病员监护和健康护理、医学研究与教育以及为缺少药的地区提供医学专家系统和远程成医疗服务。计算机在科学研究中主要用来进行科技文献的存储与查询、繁复的科学计算、系统仿真与模拟、复杂现象的跟踪与分析以及知识发现等。计算机在艺术与娱乐中的应用。以计算机为工具来进行音乐、舞蹈、摄影、电影与电视机等艺术创作，则能够创作出更具特色、效果更佳的作品。在信息化社会中，随着工作、生活节奏的加快，信息家电、家庭网络等应运而生，未来将获得更加迅速的发展和广泛的普及。学习计算机要学习和掌握的知识和应具备的能力 随着信息技术的不断发展，计算机已经渗透到社会的各个领域当中，人们已经进入了以使用计算机为主要学习、工作、生活手段的信息时代。人都可能会使用计算机，但是研究与设计计算机的工作只能由计算机专业的人员来承担。 计算机专业培养学生的目的不是为了让学生仅仅能够熟练的使用计算机，而是使他们能够掌握系统和扎实的计算机理论基础，学习先进的计算机设计开发技术，成为具有良好综合素质、较强创新能力和实践能力的专门人才。 首先，计算机专业的学生必须掌握坚实的理论基础，要学习计算机科学的数学基础，例如离散数学、概率与数理统计、形式语言与自动机、理论计算机科学等。 其次，计算机专业的学生必须具有系统的专业知识，要学习大量的专业基础课和专业课，例如程序设计基础、数字逻辑电路、计算机组成原理、操作系统、数据结构、编译原理、网络原理、软件工程等等。能够深刻理解计算机的硬件组成与结构，掌握全面的软件设计与开发技术。学习过程强调要将基础理论与实际应用相互结合，在学习和实践中培养创新能力。再次，学习反映计算机学科前沿知识的专业选修课，如数据库技术、人工智能技术、多媒体技术、网络安全技术等。通过这些课程可以与世界前沿的领先科技接轨，开阔视野，拓宽知识面，成为适应研究、设计和应用开发的复合型人才。 当然，作为一个优秀的计算机专业学生，还必须具备一定的DIY技能，就是能写出一张合理的配置单，再从电脑市场买回硬件，再自己亲手组装好；还要懂得日常维护和解决一些电脑问题。算机专业的学生学习计算机并不是将来把计算机当作一种工具来使用，而是要利用自己的专业知识使得广大的把计算机作为工